Kính viễn vọng James Webb đang thách thức lý thuyết về Vũ trụ

Kính viễn vọng không gian James Webb (JWST) đã tạo ra sự đột phá nghiên cứu của chúng ta về vũ trụ, nó khiến cho sách giáo khoa về thiên văn học có khi cần phải được viết lại.

Kể từ khi JWST được phóng vào cuối tháng 12 năm 2021, nó đã giúp các nhà thiên văn học phát hiện ra những điều tưởng như không thể tồn tại trong vũ trụ, làm thay đổi nhận thức về sự hình thành vũ trụ, các thiên hà sơ khai và sự giãn nở của Vũ trụ…

Các thiên hà ở vũ trụ sơ khai lớn hơn và sáng hơn dự kiến

Các quan sát trường sâu hấp dẫn của JWST về ánh sáng yếu từ Vũ trụ xa xôi, sơ khai cho thấy các ngôi sao và thiên hà lớn hơn nhiều so với dự kiến.

Dự án CEERS (Cosmic Evolution Early Release Science – Khoa học về sự khởi đầu và tiến hóa của vũ trụ) do Giáo sư Steven Finkelstein của Đại học Texas tại Austin dẫn đầu đã sử dụng thiết bị NIRCam của JWST để nghiên cứu cấu trúc của các thiên hà trong Vũ trụ sơ khai.

Dự án đã tìm thấy nhiều ngôi sao và thiên hà hơn, chúng còn lớn hơn và sáng hơn dự kiến.

Theo các mô hình tốt nhất của các nhà thiên văn học hiện nay về sự hình thành và phát triển của Vũ trụ sơ khai, chúng không được cho là xuất hiện sớm như vậy hoặc trông như vậy.

Điều này thậm chí còn khiến chúng ta phải suy nghĩ lại về thời gian các thiên hà bắt đầu hình thành và phát triển.

Vũ trụ sơ khai hình thành sớm hơn và phát triển nhanh hơn dự kiến

Những phát hiện này đặt ra một số câu hỏi cho các nhà khoa học về cách Vũ trụ sơ khai hình thành và phát triển:

• Các đặc tính của các ngôi sao và thiên hà trong Vũ trụ sơ khai có khác biệt so với hiện tại không?
• Tốc độ hình thành sao trong Vũ trụ sơ khai có nhanh hơn hiện nay không?
• Thành phần hóa học của Vũ trụ sơ khai có khác hiện nay không?

Các quan sát tiếp theo của tất cả các kính thiên văn không gian trên thế giới với các tập dữ liệu lớn hơn và phân tích quang phổ từ thiết bị NIRSpec của JWST để tinh chỉnh các kết quả ban đầu này sẽ tìm ra câu trả lời cho những câu hỏi trên.

“Sử dụng Kính viễn vọng Không gian Hubble, chúng tôi nghĩ rằng các thiên hà đĩa hầu như không tồn tại cho đến khi Vũ trụ hình thành được khoảng sáu tỷ năm tuổi”, Christopher Conselice, giáo sư thiên văn học ngoài thiên hà tại Đại học Manchester, Vương quốc Anh và là đồng nghiên cứu viên của CEERS cho biết.

Ông nói tiếp: “Nhưng những kết quả của JWST này cho thấy rằng các thiên hà đĩa giống như Dải Ngân hà này của chúng ta có thể đã được hình thành ngay từ thời kỳ sơ khai của Vũ trụ“.

Kính viễn vọng Không gian James Webb (JWST) đã tìm thấy hơn 1.000 thiên hà giống một cách bí ẩn với hệ Ngân Hà của chúng ta có từ vũ trụ sơ khai. Ảnh: NASA

Việc phát hiện ra các thiên hà bất ngờ không dừng lại ở đây. Tiến sĩ Tim Carleton và một nhóm tại Đại học bang Arizona đã thực hiện một Dự án khác với JWST, dự án PEARLS (Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science – Khu vực ngoại thiên hà chính cho khoa học tái ion hóa và thấu kính).

Trong dự án này, NIRCam của JWST đã phát hiện ra một thiên hà lùn dị thường cách xa 98 triệu năm ánh sáng, ở một khu vực mà nhóm nghiên cứu không mong đợi nhìn thấy bất cứ thứ gì.

Thú vị hơn nữa, hành vi của nó dường như không phù hợp với các lý thuyết hiện tại của chúng ta về quá trình tiến hóa của thiên hà.

Các thiên hà lùn khá phổ biến, nhưng thiên hà này không làm những gì chúng ta mong đợi: Tương tác hấp dẫn với một thiên hà đồng hành lớn hơn ở gần đó, hoặc trong nó có sự hình thành của các ngôi sao mới, hoặc cả hai. Thay vào đó, nó không còn hình thành các ngôi sao mới và cũng không tương tác hấp dẫn với bất kỳ thiên hà nào khác gần đó.

Thiên hà này, được gọi là PEARLSDG.

Nó hoàn toàn đơn độc và các ngôi sao của nó thì già cỗi, thách thức sự hiểu biết của chúng ta về cách thức hoạt động của các thiên hà.

Điều này làm dấy lên viễn cảnh rằng có thể có nhiều thiên hà dị thường hơn nữa ngoài kia, không hoạt động như chúng ta mong đợi và cho đến nay chúng ta vẫn chưa thể phát hiện ra chúng.

Tốc độ giãn nở của vũ trụ thay đổi tuỳ thuộc vào nơi quan sát

Kính viễn vọng không gian James Webb cũng đã bổ sung thêm những gì chúng ta biết về tốc độ giãn nở của vũ trụ.

Quay trở lại năm 1929, nhà thiên văn học người Mỹ Edwin Hubble đã trình bày bằng chứng quan sát đầu tiên cho thấy vũ trụ đang giãn nở theo mọi hướng. Ông cũng đã đề xuất ‘hằng số Hubble’ để thể hiện tốc độ giãn nở này.

Cho đến những năm 1990 các nhà thiên văn học nhận thấy rằng tốc độ giãn nở của vũ trụ đang tăng lên, nhưng không thể giải thích tại sao.

Họ cho rằng trong vũ trụ còn tràn đầy các lực bí ẩn khác được gọi là năng lượng tối hoặc vật chất tối. Nhiều cuộc điều tra vẫn đang được tiến hành để tìm ra bản chất của các thành phần vô hình này của Vũ trụ.

Gia tốc vũ trụ có thể được đo bằng khoảng cách của các vật thể trong Vũ trụ gần nó và tốc độ chúng di chuyển ra xa chúng ta. Hoặc bằng cách đo các biến động trong nền vi sóng vũ trụ (nhiệt còn sót lại từ Vụ nổ lớn) liên quan đến mật độ vật chất trong Vũ trụ sơ khai.

Các nhà khoa học vẫn mong đợi rằng hai phương pháp này sẽ thống nhất với nhau, nhưng thay vào đó, các phép đo của Vũ trụ xa xôi, sơ khai cho thấy tốc độ giãn nở chậm hơn so với các phép đo của Vũ trụ gần hơn, mới hơn.

Các quan sát mới đây của JWST cho thấy rằng tốc độ giãn nở của vũ trụ thay đổi tùy thuộc vào nơi và phương pháp quan sát.

Tùy thuộc vào phương pháp quan sát, vũ trụ đang giãn nở ở các tốc độ khác nhau. Giờ đây, các nhà khoa học đã sử dụng kính thiên văn James Webb và Hubble để xác nhận rằng kết quả đó không phải lỗi đo lường. (Ảnh: NASA, ESA, CSA,…)

Đây được gọi là sự căng thẳng của Hubble (Hubble Tension) và một số người đã đi xa hơn và gọi nó là cuộc khủng hoảng Hubble.

Hiện tại, việc kiểm tra 3 lần bằng cả hai kính thiên văn James Webb và Hubble hoạt động cùng nhau dường như đã loại bỏ hoàn toàn khả năng sai khác là do lỗi đo lường.

Nghiên cứu, được công bố vào ngày 6/2 trong Astrophysical Journal Letters, cho thấy rằng có thể có sai sót nghiêm trọng trong sự hiểu biết của chúng ta về vũ trụ.

(Tổng hợp)